CC BY
0КВАНТОВОЕ ПРОСКАЛЬЗЫВАНИЕ ФАЗЫ И ДУАЛЬНЫЕ СТУПЕНЬКИ ШАПИРО
В СВЕРХПРОВОДНИКАХ
Астафьев О. В.1
1 Сколковский институт науки и технологий, Москва, Россия E-mail: o.astafiev@skoltech.ru
Эффект когерентного квантового проскальзывания фазы в сверхпроводящих нанопроволочках (Coherent Quantum Phase Slip effect - CQPS) в точности дуален эффекту Джозефсона, при замене электрического заряда на магнитный поток. Дуальность была продемонстрирована сначала по суперпозиции квантов магнитного потока [1] и позже по интерференции двух амплитуд туннелирования через нанопрово-лочки (аналог СКВИД-а) [2]. Однако потребовалось 30 лет после теоретического предсказания для прямой демонстрации нестационарного CQPS эффекта, дуального нестационарному эффекту Джозефсона. Трудность заключалась в подборе материалов, а также в разработке специальной электрической цепи - большой по величине, но компактной (микронных размеров) последовательной индуктивности. Нам удалось экспериментально показать четкие ступеньки тока (обратные ступенькам Шапиро) в NbN нанопроволочках, под действием СВЧ излучения (см. рис. 1) [3]. Ступеньки появляются при токах In = 2efn (где e - заряд электрона, f - частота СВЧ излучения, n - целое число) и являются результатом туннелирования квантов магнитного потока, под действием фотонов. Токовые ступеньки видны на частотах до 30 ГГц, что соответствует току почти в 10 нА. Следующим достижением явилось наблюдение токовых ступенек в джозефсоновских переходах. В нешунтированных джозефсоновских переходах возможно когерентное проскальзывание фаз. Мы заменили нанопроволочку на джозефсоновский переход в такой же электрической цепи. Нам удалось найти токовые ступеньки под действием СВЧ. Более того, мы провели систематическое изучение переходов в широком спектре параметров и нашли условия для наблюдения эффекта. Полученные результаты послужат основой для разработки квантового метрологического стандарта тока.
Рисунок 1: Ступеньки постоянного тока под действием СВЧ с частотой / = 14,923 ГГц при двух разных амплитудах возбуждения. Правая панель: ёУШ в зависимости от постоянного и переменного токов. Пики в положениях 1п демонстрируют осцилляции Бесселя.
Литература
1. Astafiev, O. V., Ioffe, L. B., Kafanov, S., et al. Nature 484, no. 7394 (2012): 355-358.
2. de Graaf, S. E., Skacel, S. T., Honigl-Decrinis, T., et al. Nature Physics 14, no. 6 (2018): 590-594.
3. Shaikhaidarov, R.S., Kim, K.H., Dunstan, J. W., et al. Nature 608, 7921 (2022): 45-49.
